DE102008004023A1

DE102008004023A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Gussteiles

Info

Publication number: DE102008004023A1
Application number: DE102008004023A
Authority: DE
Inventors: Willi Dr. Schneider
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2009-07-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus mindestens einem Umguss- und einem Kernteil (8) bestehenden Gussteiles, wobei das Kernteil (8) innerhalb einer Kavität (7) eines Gießwerkzeuges (1) angeordnet und dort von beweglich gelagerten Positionierelementen (14, 15, 21) zur Lagesicherung während der Herstellung des Gussteiles gehalten wird. Um störende Einflüsse der Positionierelemente (14, 15, 21), z. B. eine Beeinträchtigung der Gussteilfestigkeit, zu vermeiden, ist vorgesehen, dass mindestens eines der Positionierelemente (14, 15, 21) bei noch nicht vollends abgeschlossenem Gießprozess aus seiner Kernteil-Stützposition in der Kavität (7) herausbewegt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines aus mindestens einem Umguss- und mindestens einem Kernteil bestehenden Gussteiles, wobei das Kernteil innerhalb einer Kavität eines Gießwerkzeuges angeordnet und dort von beweglich gelagerten Positionierelementen zur Lagesicherung während der Herstellung des Gussteiles gehalten wird.
In der Fahrzeugtechnik werden aus Gewichtsersparnisgründen z. B. beim Motorenbau oder für Komponenten der Karosseriestruktur zunehmend Druckgussbauteile aus Leichtmetall eingesetzt. Dabei kommen auch Verbundgussteile, jeweils mindestens bestehend aus einem Umguss- und einem Eingussteil zum Einsatz. Eingießen/Umgießen von z. B. dünnwandigen großflächigen Verstärkungskomponenten in gegossenen Leichtmetall-strukturen führt zu lokal verbesserten Eigenschaften gegenüber einem unverstärkten Bauteil. Dadurch erreicht man eine gewichtsoptimale Bauteilauslegung bei maximaler Funktionalität. Sowohl Festigkeit als auch Steifigkeit und Verformungsverhalten, z. B. im Crashfall, können lokal den Erfordernissen angepasst werden, d. h. nur dort, wo die erhöhten Anforderungen gelten, werden durch die Kombination von verschiedenen Werkstoffen die Eigenschaften gezielt beeinflusst und gegenüber einem unverstärktem Bauteil verbessert.
Verstärkungskomponenten sind nicht komplett umgossen, da sie sich an einigen Stellen an der Werkzeugoberfläche mit Hilfe von z. B. Verprägungen oder mechanisch eingebrachten Abstandhaltern abstützen bzw. durch direk ten Kontakt mit der Werkzeugoberfläche positioniert werden. Das Abstützen ist notwendig, da ansonsten aufgrund der hohen Schmelzfließgeschwindigkeit und der hohen Drücke ein Verschieben des Verstärkungselementes auftritt und somit z. B. eine in Dickenrichtung mittige Anordnung nicht mehr gegeben ist. An den Stellen, an denen das Verstärkungselement mit seinen Lagerpunkten an die Werkzeugoberfläche tritt, besteht Korrosionsgefahr. Außerdem wird der Umguss an diesen Stellen aufgebrochen bzw. durchbrochen, was sich aufgrund der damit verbundenen Kerb- und Anrisswirkung negativ auf Festigkeit und Steifigkeit auswirkt.
Vergleichbare Problemstellungen ergeben sich auch bei der Verwendung von Kernstützen. Zur Erzeugung von Hohlräumen in Gussteilen werden nämlich üblicherweise Kerne in die Form eingelegt, so dass das flüssige Metall, das in die Form gegossen wird, nur in die Freiräume zwischen der Form und dem Kern gelangen kann. Um derartige, in der Form angeordnete Kerne in ihrer Lage zu fixieren, werden solche Kernstützen eingesetzt.
In der EP 1 053 804 A1 wird das Ziel verfolgt, ein Halteelement zur Halterung eines Gießkernes in einer Gießform nach dem Gießprozess in dem Gussteil zu belassen, ohne hierdurch die Materialeigenschaften des Gussteiles, insbesondere die Festigkeit, im Bereich des Halteelementes erheblich zu beeinträchtigen. Dies soll dadurch bewerkstelligt werden, dass das Halteelement zumindest in einem Teilbereich aus einem Grundwerkstoff und einem Zusatzwerkstoff besteht, wobei durch den Zusatzwerkstoff die Oxidationsbeständigkeit des Halteelements erhöht wird.
Demgegenüber wird in der WO 2006/042350 A1 ein als Kernstütze dienendes, sich zu seinem freien Ende hin verjüngendes stiftförmiges Positionierelement beschrieben, welches nach Fertigstellung des Werkstückes, also nach Abschluss des Gießprozesses, aus dem Werkstück wieder entfernt wird.
In der JP 56014050 A1 ist eine pinförmige Kernstütze beschrieben, die in ihrer Aufnahme axialbeweglich geführt und dabei von einer Druckfeder beaufschlagt ist.
Schließlich sei noch auf das Gebrauchsmuster G 84 38 413 U1 verwiesen, welches eine Vorrichtung zur Herstellung eines Eingussspannblockes für mehrteilige Werkstücke beschreibt und wobei zum Halten von z. B. eines einzugießenden zweiflügligen Leitschaufelkranzteiles in eine Gießform Andrückstifte vorgesehen sind, die durch ein bewegbares Gießformteil hindurchgeführt sind und dabei unter dem Einfluss von Druckfedern stehend axial beweglich geführt sind.
Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Herstellung eines aus mindestens einem Umguss- und mindestens einem Kernteil bestehenden Gussteiles nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dergestalt weiterzubilden, dass störende Einflüsse der Positionierelemente, z. B. Beeinträchtigung der Gussteilfestigkeit, vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem Kennzeichen des Patentanspruches 1. Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung ist mit Patentanspruch 6 beansprucht. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist dabei sowohl bzgl. der zeitweisen Abstützung von Gießkernen als auch bei der Abstützung von Eingussteilen bei der Herstellung eines aus Umguss- und Eingussteil bestehenden Verbundgusses einsetzbar. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind darüber hinaus mit den Unteransprüchen beansprucht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher beschrieben. Die zugehörige schematisierte Zeichnung zeigt dabei in
1 eine Seitenansicht eines Gießwerkzeuges mit den funktionsrelevanten Bauteilen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine im Maßstab vergrößerte Darstellung der Einzelheit "A" nach 1 und
3 eine wiederum vergrößerte Darstellung der Einzelheit "B" gemäß 1.
Ein in 1 gezeigtes Gießwerkzeug 1 besteht aus einer auf einem Fundament 2 feststehend positionierten ersten Formhälfte 3 und einer damit korrespondierenden, in horizontaler Richtung beweglichen (Doppelpfeil 4) und dazu von einer Schließeinheit 5 beaufschlagten zweiten Formhälfte 6. Im geschlossenen Zustand, wie er in 1 dargestellt ist, schließen beide Formhälften 3, 6 eine Kavität 7 ein, deren Kontur letztendlich der Form eines als Verbundguss ausgebildeten Gussteiles entspricht. Innerhalb der Kavität 7 ist ein als Verstärkungselement für das Gussteil dienendes Eingussteil 8 angeordnet, welches von einem den verbleibenden Hohlraum der Kavität 7 ausfüllenden Umguss umschlossen wird.
Im Bereich der ersten Formhälfte 3 ist auf dem Fundament 2 eine an sich bekannte Gießeinheit 9 angeordnet, die eine Metallschmelze 10 enthaltende Füllkammer 11 aufweist, wobei die Metallschmelze 10 über einen Gießkolben 12 in die Kavität 7 gedrückt werden kann, wozu mindestens ein, die Kavität 7 mit der Füllkammer 11 verbindender Kanal 13 vorgesehen ist.
Wie sich aus der Zusammenschau der 1 und 2 ergibt ist das Eingussteil 8 beidseitig von Positionierstiften 14, 15 beaufschlagbar, wobei die Positionierstifte 14, 15 über jeweils sie aufnehmende Trägerplatten 16, 17 und an diesen angreifende, hydraulisch oder pneumatisch arbeitende Hubzy lindereinheiten 18, 19 axialbeweglich innerhalb der ersten bzw. zweiten Formhälfte 3, 6 geführt sind.
Wie sich aus der Zusammenschau der 1 und 3 des weiteren ergibt, ist innerhalb der zweiten Formhälfte 6 ein von einem weiteren Hubzylinder 20 beaufschlagter Positionierstift 21 angeordnet und dort axialbeweglich geführt, wobei er in der Weise in die Kavität 7 hineinreichend das Eingussteil 8 beaufschlagen kann, als er einen im Eingussteil 8 eingearbeiteten Durchbruch 22 durchdringt.
Gemäß der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird zunächst bei geöffnetem Gießwerkzeug 1 und in die Kavität 7 hineinreichendem Positionierstift 21 das Eingussteil 8 über den Durchbruch 22 auf dem Positionierstift 21 fixiert. Nach Schließen der beiden Formhälften 3, 6 werden die weiteren Positionierstifte 14, 15 jeweils soweit in die Kavität 7 hineinbewegt, dass sie das Eingussteil 8 beaufschlagen und in die Soll-Position bringen können.
Im Anschluss daran wird Metallschmelze 10 über einen in 1 nicht dargestellten Dosierofen der Füllkammer 11 zugeführt und über den Gießkolben 12 in die Kavität 7 gedrückt. Bei noch nicht vollständig erstarrtem Gussteil werden die Positionierstifte 14, 15, 21 soweit zurückgezogen, bis sie in flächenbündiger Position mit der die Kavität 7 bildenden Kontur von erster und zweiter Formhälfte 3, 6 sind (in den 2 und 3 strichliniert [Strichlinien – S-] dargestellt). Das Zurückziehen der Positionierstifte 14, 15, 21 kann ggf. schon während der Formfüllung (Füllen der Kavität 7) erfolgen, wichtig ist dabei allerdings, dass das Eingussteil 8 zumindest teilweise mit Metallschmelze 10 umgeben ist. Ein Steuersignal hierfür kann von einem Sensor, der den Schmelzestand (Pegel) in der Kavität 7 detektiert, generiert werden. Günstig wirken sich dabei große Anschnittdicken (größer 5 mm) und geringe Füllgeschwindigkeiten (kleiner 1 m/sec) aus. Durch eine gezielte Druckerhöhung in einer so genannten Nachdruckphase können die durch die zurückgezogenen Positionierstifte 14, 15, 21 freigelegten Volumina im Gussteil mit Metallschmelze 10, z. B. einer Leichtmetalllegierung, vergossen werden. Dadurch ist erreichbar, dass das Eingussteil 8 vollständig umgossen ist. Nach vollständigem Erstarren des Gussteiles, d. h. des Umgusses, kann die Gießform über die Schließeinheit 5 geöffnet und das fertige Gussteil über eine hier nicht näher gezeigte Entnahmevorrichtung aus dem Gießwerkzeug 1 entnommen werden.
Es sei an dieser Stelle nochmals hervorgehoben, dass die Positionierstifte 14, 15, 21 auch als Kernstützen bei der zeitweisen Abstützung von Gießkernen dienen können und dass es ggf. auch ausreichen kann, wenn nur einige, jedenfalls nicht alle, Positionierstifte 14, 15, 21 bei noch nicht erstarrtem Gussteil bzw. während der Formfüllung zurückgezogen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1053804 A1 [0005]
- WO 2006/042350 A1 [0006]
- JP 56014050 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines aus mindestens einem Umguss- und mindestens einem Kernteil bestehenden Gussteiles, wobei das Kernteil innerhalb einer Kavität eines Gießwerkzeuges angeordnet und dort von beweglich gelagerten Positionierelementen zur Lagesicherung während der Herstellung des Gussteiles gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Positionierelemente (14, 15, 21) bei noch nicht vollends abgeschlossenem Gießprozess aus seiner Kernteil-Stützposition in der Kavität (7) herausbewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Herausbewegen des Positionierelementes (14, 15, 21) nach vollständigem Füllen der Kavität (7) mit Metallschmelze (10), aber noch vor dem vollständigen Erstarren der Metallschmelze (10) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Herausbewegen des Positionierelementes (14, 15, 21) bereits zu einem Zeitpunkt eingeleitet wird, zu dem die Kavität (7) noch nicht vollständig mit Metallschmelze (10) gefüllt ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Herausbewegen sämtlicher vorhandener Positionierelemente (14, 15, 21) gleichzeitig eingeleitet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierelemente (14, 15, 21) soweit aus der Kavität (7) herausbewegt werden, bis sie in flächenbündiger Position mit einer die Kavität (7) bildenden Kontur von Formhälften (3, 6) des Gießwerkzeuges (1) sind.
Gießwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer ersten Formhälfte und einer damit korrespondierenden, über eine Schließeinheit bewegbaren zweiten Formhälfte, die in geschlossenem Zustand eine Kavität ausbilden, deren Kontur der Form eines herzustellenden Gussteiles entspricht, wobei ein innerhalb der Kavität befindliches Kernteil von Positionierelementen gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierelemente (14, 15, 21) einzeln oder gemeinsam über ansteuerbare Stellelemente (18, 19, 20) innerhalb der Formhälften (3, 6) axialbeweglich angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelemente als Hubzylindereinheiten (18, 19, 20) ausgebildet sind, die unmittelbar oder über zwischengeschaltete Trägerplatten (16, 17) auf die Positionierelemente (14, 15, 21) einwirken.